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      小功率場效應管結構與分類、特性等解析-小功率場效應管參數選型-KIA MOS管

      信息來源:本站 日期:2018-12-17 

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      小功率場效應管

      小功率MOS場效應晶體管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體),FET(Field Effect Transistor場效應晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應來控制半導體(S)的場效應晶體管。

      小功率場效應管


      小功率場效應管的分類與結構

      (一)小功率場效應管的分類

      小功率M場效應管也分為結型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅動電路簡單,需要的驅動功率小,開關速度快,工作頻率高,熱穩定性優于GTR,但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。


      (二)小功率場效應結構

      功率MOSFET的內部結構和電氣符號如圖1所示;其導通時只有一種極性的載流子(多子)參與導電,是單極型晶體管。導電機理與小功率場效應管管相同,但結構上有較大區別,小功率MOS管是橫向導電器件,功率場效應管大都采用垂直導電結構,又稱為VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。功率MOSFET為多元集成結構,如國際整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六邊形單元;西門子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形單元。

      小功率場效應管


      小功率場效應基本特性

      靜態特性


      其轉移特性和輸出特性如圖2所示。


      漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系稱為MOSFET的轉移特性,ID較大時,ID與UGS的關系近似線性,曲線的斜率定義為跨導Gfs


      MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(對應于GTR的截止區);飽和區(對應于GTR的放大區);非飽和區(對應于GTR的飽和區)。電力MOSFET工作在開關狀態,即在截止區和非飽和區之間來回轉換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時器件導通。電力MOSFET的通態電阻具有正溫度系數,對器件并聯時的均流有利。

      小功率場效應管


      動態特性


      其測試電路和開關過程波形如圖3所示。


      開通過程;開通延遲時間td(on) —up前沿時刻到uGS=UT并開始出現iD的時刻間的時間段;


      上升時間tr— uGS從uT上升到MOSFET進入非飽和區的柵壓UGSP的時間段;


      iD穩態值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩態值有關,UGS達到UGSP后,在up作用下繼續升高直至達到穩態,但iD已不變。


      開通時間ton—開通延遲時間與上升時間之和。


      關斷延遲時間td(off) —up下降到零起,Cin通過Rs和RG放電,uGS按指數曲線下降到UGSP時,iD開始減小為零的時間段。


      下降時間tf— uGS從UGSP繼續下降起,iD減小,到uGS,關斷時間toff—關斷延遲時間和下降時間之和。

      小功率場效應管


      開關速度

      MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系,使用者無法降低Cin,但可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數,加快開關速度,MOSFET只靠多子導電,不存在少子儲存效應,因而關斷過程非常迅速,開關時間在10—100ns之間,工作頻率可達100kHz以上,是主要電力電子器件中最高的。


      場控器件靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電,仍需一定的驅動功率。開關頻率越高,所需要的驅動功率越大。


      小功率場效應管參數選型表

      小功率場效應管



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